Типы солнечных коллекторов

Солнечный коллектор — это конструкция или устройство, преобразующее энергию Солнца в тепло. Формально, солнечными коллекторами являются: стальная бочка, выкрашенная в черный цвет на дачном душе; тонкостенный шланг, раскатанный по огороду; выставленные на солнце пластиковые PET-бутылки, наполненные водой. Даже простое ведро воды, греющееся на солнце, может считаться солнечным коллектором.

Открытый коллектор

Углубляться в классификацию таких самодельных ультра-эконом-вариантов использования солнечной энергии не станем. Для формирования полной картины упомянем лишь такой тип солнечного коллектора, как открытые коллекторы, не имеющие ни остекления, ни специального покрытия. Чаще всего, это пластиковые прямоугольные емкости черного цвета, наполненные водой. Они крайне дешевы — дешевле может быть лишь какое-то решение “своими руками” — однако имеют массу критичных недостатков, таких как:

• крайне низкий КПД
• способность работать только при положительных температурах окружающей среды
• эффективность только при небольших перепадах температур (не более 20 ⁰С между окружающей средой и водой в коллекторе.
• крайняя недолговечность — часто не дольше одного сезона.

Все это оставляет открытым коллекторам единственную сферу применения — в качестве подогрева бассейна или уличного душа.

“Серьезные” солнечные коллекторы, которые можно использовать в течение многих лет, можно разбить на две больших группы: плоские коллекторы и трубчатые вакуумные коллекторы.

Плоские солнечные коллекторы

Основным элементом плоского солнечного коллектора является абсорбер — металлическая пластина со специальным поглощающим покрытием и напаянным на нее проточным трубопроводом. Абсорбер заключен в специальный корпус, у которого лицевая стенка прозрачная (через нее в коллектор проникает солнечное излучение), а тыльная утеплена минераловатной плитой либо слоем другого утеплителя.

Внутренний трубопровод, по которому циркулирует теплоноситель, на абсорбере может располагаться по-разному. Выделяют 2 основных типа расположения: “меандр” и “арфа”. Компания Атмосфера предлагает плоские солнечные коллекторы обоих типов.

Для повышения эффективности коллектора на абсорбер может быть нанесено специальное селективное покрытие. Наличие селективного покрытия значительно увеличивает производительность плоского коллектора, но, в то же время, увеличивает его стоимость.

Для уменьшения теплопотерь в холодное время года корпус плоского коллектора делают максимально герметичным. Таким образом теплоизоляция абсорбера достигается за счет слоя воздуха или инертного газа со стороны прозрачной передней стенки, и слоя утеплителя со стороны задней стенки.

Плоские коллекторы являются более эффективными в теплое время года, однако в зимнее время их эффективность значительно снижается по причине достаточно высоких теплопотерь.

Существуют также еще один вид плоских солнечных коллекторов — вакуумный плоский коллектор. В вакуумном плоском коллекторе теплоизоляция абсорбера от окружающей среды достигается не за счет слоя теплоизоляции, а за счет создания внутри короба глубокого вакуума, предотвращающего теплопотери. Такие коллекторы обладают максимальной продуктивностью среди плоских коллекторов, однако, являются более сложными в монтаже и эксплуатации, и, что существенно, очень дорогими.

Неоспоримыми преимуществами плоских солнечных коллекторов являются их невысокая цена при высокой эффективности в теплое время года. К недостаткам можно отнести низкую производительность в зимний период, а также сравнительное неудобство их монтажа на труднодоступные кровли. Плоский коллектор являются цельной неразборной конструкцией, из-за чего поднимать и устанавливать на крышу его приходится целиком.

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы

Гораздо проще установить на наклонную кровлю трубчатый вакуумный коллектор. Трубчатый коллектор состоит из рамы или креплений, корпуса-теплообменника (так называемого manifold) и стеклянных вакуумных трубок. Таким образом, монтаж трубчатого коллектора можно осуществлять в несколько этапов: сначала устанавливаем раму, на раме закрепляем manifold, после чего по одной вставляем в manifold вакуумные трубки.

Трубчатые вакуумные коллекторы также более эффективны по сравнению с плоскими коллекторами в холодное время года, так как вакуум обеспечивает минимальные теплопотери.

Трубчатые вакуумные коллекторы отличаются по типу вакуумных трубок, а также по типу manifold’а.

В коаксиальных вакуумных трубках прямого нагрева теплоноситель (обычно это вода) нагревается при непосредственном контакте с внутренней тепло-поглощающей стенкой. Для увеличения теплопоглощения стеклянная стенка изнутри покрывается специальным селективным покрытием.

Коллекторы прямого нагрева на трубках коаксиального типа просты и дешевы, однако имеют ряд недостатков:

• по причине непосредственного контакта теплоносителя с трубкой, коллектор не может работать под высоким давлением
• коллектор работает только в теплое время года.

Коаксиальные вакуумные трубки прямого нагрева используются в сезонных термосифонных системах, таких как Атмосфера-RNB, RPA-Теплообмен, СВК-Октагон.

Система heat-pipe состоит из специальной трубки-теплообменника, передающей тепло из трубки в теплообменник manifold’а. Гильза теплообменника heat-pipe соединяется с теплообменником manifold’а через специальное гнездо, которое может быть впаяно непосредственно в 1-трубный теплообменник, либо может огибаться 2-трубным теплообменником.

Коаксиальные вакуумные трубки с системой heat-pipe отличаются высокой эффективностью и удобством при монтаже. Кроме того, в таком коллекторе можно легко заменить не только одну вакуумную трубку, но даже отдельный теплообменник heat-pipe в случае выхода его из строя. При чем совсем не обязательно демонтировать коллектор с крыши — все замены могут осуществляться по месту с минимальным затратами времени и усилий.

Коллекторы с вакуумными трубками heat-pipe отличаются доступной ценой, высоконадежны и могут без ограничений использоваться в высоконапорных гелиотермальных системах. Вакуумные трубки heat-pipe используются во всех вакуумных солнечных коллекторах Атмосфера.

Еще одним типом трубчатых гелиоколлекторов являются коллекторы с коаксиальными трубками, в которых расположен проточный теплообменник U-образной формы.

При высокой эффективности трубки U-type имеют один серьезный недостаток — они являются одним целым с manifold’ом и должны монтироваться целиком. При этом, такая конструкция исключает замену одиночных трубок при выходе их из строя. Также недостатками коллекторов с трубками U-type, по сравнению с трубками heat-pipe, являются их большее гидравлическое сопротивление, повышенные требования к теплоносителю и, что немаловажно, более высокая цена.

Коллекторы на основе перьевых вакуумных трубок являются наиболее эффективными среди трубчатых коллекторов. Перьевые трубки состоят из системы heat-pipe, закрепленной на плоском тепловом абсорбере с селективным покрытием, который помещен в вакуум. Другими словами, это некий гибрид трубок heat-pipe и вакуумных плоских коллекторов.

При высокой эффективности, перьевые трубки отличаются более высокой ценой и более сложным монтажом. Кроме того, при выходе из строя такой трубки, ее придется менять целиком.